图2 低压整流及控制电路原理图

    低压逆变电路拓扑结构采用半桥逆变电路，开关器件选用电力场效应管MOSFET，型号为IRF840。MOSFET的快速关断过程中，线路中由于配线等原因而产生的电感中积蓄的能量释放和辅助回路中续流二极管反向恢复产生很高的浪涌电压。采取加缓冲电路的形式抑制或减小浪涌电压的幅值。本设计中缓冲电路为RCD关断缓冲电路，用于吸收器件的关断过电压和换向过电压，抑制du/dt，减小关断损耗。

    4、高压脉冲形成电路的设计

    高压逆变电路的拓扑结构选择电压型半桥式逆变电路。由于经过高压整流后的直流电压为10kV，所以电路中开关管的每个桥臂耐压等级都要在10kV以上，因此开关器件要选择耐压高，动作快的器件。目前，在高压应用中，IGBT无疑是最好的选择。尽管IGBT的耐压级别比MOSFET要高很多，但是目前商用IGBT的最大耐压也不超过6500V，仍然也无法满足需要。同时IGBT随着单管耐压的提高，开关损耗增大，开关速度也随之下降，所以开关桥臂决定采用串联IGBT以达到耐压要求。最后选择FUJI公司的IGBT作为主电路的开关，型号为1MBH60-170，其最大关断电压为1700V，额定工作电流60A，饱和压降VGE(SAT)为3.2V。在实际电路中，会在每个桥臂上个串联10个该型号的IGBT。高压逆变电路结构图如图3所示：

图3 高压逆变电路结构图

    IGBT串联使用是一种较为有效的提高耐压的方法。理论上在IGBT器件参数、触发时间相同的情况下，根据相应的耐压值，可以将任意多的器件进行串联使用以满足实际需要。但在IGBT串联提高耐压的同时也带来了相应的问题，当IGBT处于关断状态时，漏电流较大的IGBT的漏电阻较小，相应承担比较小的电压，反之具有较高漏电阻的IGBT将承受较大的电压。这样就导致断态时IGBT串联组单元的电压分配不均，有可能导致断态时漏电阻较低IGBT还未发挥其耐压能力，而漏电阻较高的IGBT则由于过电压而毁坏。

    IGBT静态均压的目的是在阻断状态下，确保IGBT串联组单元的电压均衡，我们采用在每个IGBT单元两端并联电阻的方式实现。即若IGBT两端并联的电阻R远小于IGBT单元的漏电阻，则串联IGBT的电压分配就主要取决于并联电阻R的值。但是R值取得过小的话，流过电阻的电流就比较过大，导致电阻上消耗功率增大，所以R值取得又不能过小。选取合适均压电阻R后，各IGBT两端电压达到均衡，实现串联IGBT静态均压的目的[3]。

    在IGBT关断的瞬间，由于IGBT栅极电荷和输出电容的不同，导致IGBT的关断速度有差异。栅极电荷少、输出电容小的IGBT容易关断且关断时间比较短，反之就比较长。因此，最先关断的IGBT必然承受最高的动态电压，这就有可能导致IGBT的过电压毁坏。开通时刻，因为触发装置的误差等原因，IGBT串联组单元的开通时间也不可能完全一致，最后开通的IGBT必然承受最高的动态电压，这也可能导致IGBT的过电压毁坏。